JPH05159595A - 電気光学サンプル・ホールド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 光パルス列を発生する光源２２と、光強度を
サンプル・ホールド処理を加えようとする入力電気信号
に従って変化させ出射させる光変調器２３と、光強度を
電気信号に変換し、その電気信号を積分する機能と一定
の周期でその積分量を零に戻すリセット機能を有するＮ
個（但し、Ｎ≧２）の受光器とを具備し、ｋ番目（但
し、１≦ｋ≦Ｎ）の受光器の光パルス列のｋ＋（ｉ−
１）Ｎ番目のパルスの到来の直後から（ｋ＋１）＋（ｉ
−１）Ｎ番目のパルスの到来の直前に至る期間に始まっ
て（ｋ−１）＋ｉＮ番目のパルスの到来の直後からｋ＋
ｉＮ番目のパルスの到来の直前に至る期間に終わる時間
帯がリセット状態となる様に、Ｎ個の受光器それぞれの
リセットのタイミングを設定してなることを特徴とす
る。 【効果】 入力波形を広帯域、かつ高速にサンプリング
し、それらをＮ個置きに間引いたＮ個のサンプル・ホー
ルド出力波形を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、計測機器を始めとする
ディジタル情報処理機器分野で大きな需要を有する、ア
ナログ電気信号波形をデータとして取り込むためのデー
タ取り込み装置の初段に用いられる電気光学サンプル・
ホールド装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、アナログ信号波形をディジタル量
に変換し、ディジタル情報処理を施す装置においては、
その変換部にアナログ・デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）を
行うデータ取り込み装置が付随している。このデータ取
り込み装置の広帯域化を考えた場合、Ａ／Ｄ変換器が変
換を行う間にアナログ信号自身が変化してしまうことに
よる精度劣化を防ぐために、Ａ／Ｄ変換器の前段にサン
プル・ホールド装置を配置する構成が採られる。このサ
ンプル・ホールド装置は、Ａ／Ｄ変換器が変換を行う一
定の時間の間、アナログ信号のある瞬間の値を保持して
おくためのもので、上記構成のデータ取り込み装置の帯
域と精度はこのサンプル・ホールド装置の帯域と精度で
律則されることになる。このサンプル・ホールド装置
は、従来電子回路により実現されてきており、入力のア
ナログ量を保持するために容量（ホールド容量）が用い
られている。この装置では、この容量と入力を接続しア
ナログ信号の瞬時値を容量に取り込む状態（サンプルモ
ード）と、これを切り離し取り込んだ値を保持する状態
（ホールドモード）を実現するために電気的なスイッチ
が必要となる。この電気的なスイッチとして、必要とさ
れる動作速度に応じて、ＭＯＳＦＥＴスイッチ、ＭＥＳ
ＦＥＴスイッチ、ダイオードブリッジスイッチなどが用
いられるが、特に高速、広帯域な性能の要求される用途
には、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）からな
るダイオードブリッジスイッチを用いるのが通例であ
る。

【０００３】これらのスイッチに要求される性能は、以
下のようである。 （１）スイッチ自身の応答速度が速いこと、に加えて （２）スイッチ導通時のＯＮ抵抗が低いこと サンプルモードにおいては、ホールド容量の端子電圧が
速やかに入力アナログ信号に追従するために、スイッチ
のＯＮ抵抗とホールド容量の積で決まる時定数が十分小
さい必要がある。 （３）スイッチ遮断時のＯＦＦ抵抗が高いこと ホールドモードにおいては、ホールド容量からの電荷の
リークを減らすためにスイッチのＯＦＦ抵抗とホールド
容量の積で決まる時定数が十分大きい必要がある。 （４）スイッチ端子間に付随する寄生容量値が十分小さ
く、かつその非線形性が小さいこと この寄生容量は回路がサンプルモードからホールドモー
ドに移る瞬間にスイッチの抵抗が増大するとともにホー
ルド容量と直列に接続される形で顕在化し、ホールド電
圧に誤差を与えると共に、ホールドモードにおいては入
力信号の漏れ込みを生じ、またその非線形性は高次歪を
生じる原因となり、精度劣化の要因となる。 （５）スイッチ制御端子とスイッチ端子間の寄生容量値
が十分小さいこと スイッチ制御端子にスイッチを切り替えるために加える
クロック信号が出力端子に漏れ込む原因となり、精度劣
化の要因となる。

【０００４】これらの事項は実際のスイッチを作成する
上で互いに相反する要求となり、全てを同時に満足する
ことは困難である。ダイオードブリッジスイッチを例に
この状況を説明すると、上記第２項に述べたスイッチ導
通時のＯＮ抵抗は主にダイオードの順方向バイアス時の
接合抵抗とコンタクト抵抗を含むリード電極抵抗の和で
与えられる。順方向バイアス時の接合抵抗を下げるため
には、十分な順方向バイアス電流を流す必要があり、接
合部の電流密度に上限があることからある程度の接合面
積が必要となる。またリード電極抵抗を下げるためにも
接合面積が大であることが望ましい。一方、上記第４項
及び第５項に述べた寄生容量は、ダイオードの逆方向バ
イアス時の接合容量とリード電極間の寄生容量が支配的
であり、これらを下げるためには接合面積が小であるこ
とが望ましい。すなわち、上記第２項と、第４項及び第
５項はトレードオフの関係にある。現在の所、最も高速
に動作するサンプル・ホールド装置としては、ＧａＡｓ
ショットキーバリアダイオードのダイオードブリッジス
イッチを用いた毎秒１Ｇサンプリング、帯域５００ＭＨ
ｚで精度６ｂｉｔ程度のものが実現されている（参考文
献１：K.Poulton,J.J.Corcoran and T.Hornak,'A1-GHz
6-bit ADC System,'IEEE J.Solid-State Circuits,vol.
SC-22,No.6,pp.962-970,Dec.1987）が、この回路のより
高速化、高精度化は計測機器を始めとするディジタル情
報処理機器分野で大きな需要を有するにもかかわらず、
上記の本質的な問題がネックとなって、究めて困難な状
況にある。

【０００５】そこで、上記のサンプル・ホールド装置の
欠点を解決するものとして、図４に挙げる様な電気光学
サンプル・ホールド装置が考えられている。この電気光
学サンプル・ホールド装置１は、図４（Ａ）に示す様
に、サンプル・ホールド装置のより高速、かつ広帯域の
動作を可能とすることを目的とするものであり、光パル
ス列を発生する光源２と、当該光源２から出射された光
強度を入力電気信号に従って変化させ出射させる光変調
器３と、入射光強度を電気信号に変換しその電気信号を
積分するとともに一定の周期でその積分量を零に戻す受
光器４とから概略構成されている。また、受光器４は、
同図（Ｂ）に示す様にフォトダイオード（ＰＤ）（もし
くはアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ））５、容
量６、アナログスイッチ７とから概略構成されている。

【０００６】この電気光学サンプル・ホールド装置１の
動作原理は以下のようである。まず、光源２がサンプリ
ング周期に対応する周期で光パルス列を発生する。光変
調器３はこの光パルス列をサンプル・ホールドの入力と
なる電気信号に従って強度変調する。ここで入力となる
電気信号は光パルス列によってサンプリングされ、その
値は変調を受けた光パルスの強度として取り出され受光
器４に入射することとなる。受光器４に入射された光パ
ルスの強度はフォトダイオード（ＰＤ）（もしくはアバ
ランシェフォトダイオード（ＡＰＤ））５で電流強度に
変換された後、容量によって積分される。１つの光パル
スの積分の後、次の光パルスの到着の直前に一定のリセ
ット期間を設け、容量６に並列に接続されたアナログス
イッチ７により蓄えられた積分値を零にリセットする動
作を繰り返すことにより、同図（Ｃ）に示すごとき出力
波形が得られ、サンプル・ホールドの処理が達成され
る。

【０００７】この電気光学サンプル・ホールド装置１の
特徴は、動作原理の説明から理解されるようにサンプル
機能を担う部分とホールド機能を担う部分を光を介在し
て電気的に分離している点にある。受光器４において用
いられているアナログスイッチ７はホールド機能にのみ
関係しサンプル機能に参与していない。このことからサ
ンプル機能とホールド機能が一つのアナログスイッチ７
の開閉により電気回路のみで行われ、スイッチが両者の
機能を担っていた従来のサンプル・ホールド装置のスイ
ッチに要求される厳しい条件を軽減させている。この電
気光学サンプル・ホールド装置１のサンプリング速度、
帯域を大ざっぱに試算すると、例えば光源２に１０Ｇビ
ット毎秒クラスの光通信用光源として産業的に普及し始
めている半導体レーザを用いれば、これをゲインスイッ
チング動作させることによってパルス幅が２０ないし３
０ｐｓ程度、繰り返し周波数が数ＧＨｚ程度の光パルス
列の発生が可能である。また、光変調器３についても、
半導体レーザと同様に光通信用に向けて開発が進められ
ており、その帯域が１０ＧＨｚを超えるものが産業的に
普及しつつある。このような情勢を勘案し、電気光学サ
ンプル・ホールド装置の性能として速度性能数Ｇビット
毎秒、帯域１０ＧＨｚが可能と考えられる。

【０００８】図５は、電気光学サンプル・ホールド装置
１における受光器４を、ホールド機能を担う別の受光器
８に置き換えた場合の、構成（同図（Ａ））とその動作
（同図（Ｂ））を説明する図である。ここでは、まず入
力光パルス波形はそのまま電気信号に変換される。その
後、この電気信号が二分され、その一方の信号に遅延器
９により光パルスの周期（サンプリング周期）に等しい
時間だけ遅延Ｄが与えられ、遅延のない他方の信号波形
との間で逆符号の加算が行われ、その結果が積分され
る。その結果、同図（Ｂ）に示す様な出力波形が得ら
れ、サンプル・ホールドの機能が実現される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
電気光学サンプル・ホールド装置１では、速度性能、帯
域性能を向上させた場合に以下の２点が問題点として顕
在化してくると予想される。第１の問題は、図４（Ｃ）
に示す様に、上記の電気光学サンプル・ホールド装置１
の受光回路で容量６に蓄えられた積分量を零にリセット
する度に出力波形までが毎回リセットレベルに戻ること
に起因する。このことは、たとえサンプル・ホールド処
理を加えようとする入力波形が低周波数であっても出力
波形にはサンプリング周波数に対応する周波数成分が含
まれることを意味している。容量６に蓄えられた積分量
を零にリセットする動作は、この受光回路の機能上不可
欠であるが、一つの装置の出力として不要な高周波成分
を含んだまま出力することは、この出力がリセットレベ
ルにある時間がその後のデータ処理上無駄となるばかり
でなく、装置のインターフェースとしても不適当なもの
となる。すなわち、サンプル・ホールド装置の出力波形
としては、一つのサンプル値を一定時間保持した後、い
ちいちリセットレベルを経由することなく、速やかに次
のサンプル値に移行するような波形が望ましい。また、
ホールド機能を担う受光器８では、遅延器９が用いられ
ているためにサンプリング周波数を変えるとそれに合わ
せて遅延器９の遅延量を変えなければならないという欠
点がある。また、遅延器９のサイズが大きい等の問題も
ある。

【００１０】第２の問題は、上記の電気光学サンプル・
ホールド装置１をシステム全体の一部として応用する、
より大きなシステムの構成に関連して生じる。すなわ
ち、電気光学サンプル・ホールド装置１のみを高速化す
ることができたとしても、その後に接続される装置の動
作を高速化しなければ、システム全体として高速に機能
することはできないという問題である。以下、一例とし
て計測機器等のデータ入力部に利用されるアナログ・デ
ィジタル変換システム（Ａ／Ｄ変換システム）を取り上
げ考察する。例えば、アナログ信号波形を観測、処理す
るための一般的な測定器であるディジタイジングオシロ
スコープのデータ入力部では、アナログ信号がＡ／Ｄ変
換装置によってディジタル量に変換され、その変換され
たディジタル量が一旦記憶装置に蓄えられるという動作
を行っている。電気光学サンプル・ホールド装置１は、
更に、上記Ａ／Ｄ変換装置の前段に配置され、Ａ／Ｄ変
換装置の高周波入力での変換精度劣化を、ある瞬間のサ
ンプル値をＡ／Ｄ変換する間一定に保持することによっ
て防止している。すなわち、Ａ／Ｄ変換システム全体の
帯域は、電気光学サンプル・ホールド装置１によって広
げられ、この装置１の帯域により律則されるという重要
な役割を果たしている。

【００１１】しかし、このサンプル・ホールド装置の高
速化が進んだ場合、逆に後続のＡ／Ｄ変換装置や記憶装
置の速度が追い付かないという状況になる。現在、最も
高速なＡ／Ｄ変換装置はフラッシュ形という構成を採
り、シリコン集積回路によってＬＳＩとして利用されて
いる。現時点での変換速度限界は１ないし２Ｇ_spsであ
る（参考文献２：T.Wakimoto,Y.Akazawa and S.Konak
a,'Si Bipolar 2-GHz 6-bit Frash A/D Conversion LS
I,'IEEE J.Solid-State Circuits,vol.SC-23,No.6,pp.1
345-1350,Dec.1988）。また、記憶装置に至ってはＣＭ
ＯＳ集積回路を用いるため更に低速動作であり、システ
ム全体の高速化のネックとなる。これに対する打開策と
してサンプル・ホールド装置の出力をＮ回のサンプリン
グ毎に間引き分割しＮ個の出力に分け、以下Ｎ個のＡ／
Ｄ変換装置と記憶装置を接続することによって、後段の
処理速度を１／Ｎに低下させる（インターリーブ形式)
手法が採られる。

【００１２】図６は、インターリーブ形式を用いたＡ／
Ｄ変換システム１１の構成を示す図である。このＡ／Ｄ
変換システム１１では、初段のサンプル・ホールド装置
１５を１Ｇ_spsで動作させ、さらにこの出力を２５０Ｍ
_spsで動作する４つのサンプル・ホールド装置１７，…
に入力することによって間引き分割し、以降の処理速度
を２５０ＭＨｚに低減している（参考文献３：K.Poulto
n,J.J.Corcoran and T.Hornak,'A 1-GHz 6-bit ADC Sys
tem,'IEEE J.Solid-State Circuits,vol.SC-22,No.6,p
p.962-970,Dec.1987.）。しかしながら、このＡ／Ｄ変
換システム１１には、Ｎ個（この場合４個）のサンプル
・ホールド装置が必要となるという欠点の他に、Ｎ個の
サンプル・ホールド装置の入力間の装置実装等によるタ
イミングばらつきの影響を抑えるために、これらの前段
に更にもう一つのサンプル・ホールド装置を設ける必要
があるという欠点もある。

【００１３】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、上記の問題点や欠点を効果的に解決すること
ができる電気光学サンプル・ホールド装置を提供するこ
とにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様な電気光学サンプル・ホールド装置
を採用した。すなわち、請求項１記載の電気光学サンプ
ル・ホールド装置は、一定の周期及び一定の強度を有す
る光パルス列を発生する光源と、光入出力端子と電気入
力端子を有し、前記光源から出射される光線の強度をサ
ンプル・ホールド処理を加えようとする入力電気信号に
従って変化させ出射させる光変調器と、該光変調器から
出射されＮ本に分割された各々の光線に対応して設けら
れ、当該光線の光強度を電気信号に変換し、その電気信
号を積分する機能と一定の周期でその積分量を零に戻す
リセット機能を有するＮ個（但し、Ｎ≧２）の受光器と
を具備し、これらのＮ個の受光器は、ｋ番目（但し、１
≦ｋ≦Ｎ）の受光器の前記光パルス列のｋ＋（ｉ−１）
Ｎ番目のパルスの到来の直後から（ｋ＋１）＋（ｉ−
１）Ｎ番目のパルスの到来の直前に至る期間に始まって
（ｋ−１）＋ｉＮ番目のパルスの到来の直後からｋ＋ｉ
Ｎ番目のパルスの到来の直前に至る期間に終わる時間帯
がリセット状態となる様に、前記Ｎ個の受光器それぞれ
のリセットのタイミングを設定してなることを特徴とし
ている。

【００１５】また、請求項２記載の電気光学サンプル・
ホールド装置は、請求項１記載の電気光学サンプル・ホ
ールド装置において、前記Ｎ個の受光器の出力側に、こ
れらの受光器の出力電気信号を入力するＮ個の入力端子
と１つの出力端子とを具備するアナログ加算器を設けて
なることを特徴としている。

【００１６】

【作用】本発明の請求項１記載の電気光学サンプル・ホ
ールド装置では、サンプル機能を担う光変調器と光源は
一つで、ホールド機能を担う受光器のみＮ（Ｎ≧２）個
用いることにより、サンプル機能を担う部分とホールド
機能を担う部分が明確に分離され、入力波形を広帯域、
かつ高速にサンプリングし、それらをＮ個置きに間引い
たＮ個のサンプル・ホールド出力波形を得る。また、入
力が一つであることから、アナログ入力間のタイミング
ばらつきを調整する必要がなくなり、タイミングばらつ
きの影響を抑えるためのサンプル・ホールド装置が不要
となる。

【００１７】また、請求項２記載の電気光学サンプル・
ホールド装置では、請求項１記載の電気光学サンプル・
ホールド装置において、前記Ｎ個の受光器の出力側に、
これらの受光器の出力電気信号を入力するＮ個の入力端
子と１つの出力端子とを具備するアナログ加算器を設け
ることにより、出力波形に含まれていた不要な高周波成
分がなくなり、この出力波形の一つのサンプル値を一定
時間保持した後、いちいちリセットレベルを経由するこ
となく、速やかに次のサンプル値に移行するような波形
を得ることが可能になる。したがって、従来の様に遅延
量のような余計な調整箇所が不要になり、この装置の後
段に接続される他の装置とのインターフェースを容易に
する。また、受光器一つ一つのリセット信号の周期が全
体のサンプリング周期の１／Ｎで済み、動作速度が向上
する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の各実施態様について図を参照
しながら説明する。 （第１実施例）図１（Ａ）は請求項１記載の電気光学サ
ンプル・ホールド装置の一実施例である電気光学サンプ
ル・ホールド装置２１の概略構成図である。この電気光
学サンプル・ホールド装置２１は、一定の周期で一定の
強度の光パルス列を発生する光源２２と、光入出力端子
と電気入力端子を有し入射光線強度を入力電気信号に従
って変化させ出射させる光変調器２３と、入射光強度を
電気信号に変換しその電気信号を積分する機能と一定の
周期でその積分量を零に戻すリセット機能を有する２個
の受光器２４，２５とから概略構成されている。

【００１９】この電気光学サンプル・ホールド装置２１
では、光源２２の出射光が光変調器２３の光入力端子に
入射され、サンプル・ホールド処理を加えようとする電
気信号が光変調器２３の電気入力端子に印加され、光変
調器２３から出射される出力光が２本の光線に分割され
て受光器２４，２５にそれぞれ入射される。

【００２０】これら受光器２４，２５のリセットのタイ
ミングは、図１（Ｂ）に示す様に、１番目の受光器にお
いては、光パルス列の１＋（ｉ−１）Ｎ番目（但しｉは
整数）のパルスの到来の直後から２＋（ｉ−１）Ｎ番目
のパルスの到来の直前に至る期間に始まってｉＮ番目の
パルスの到来の直後から１＋ｉＮ番目のパルスの到来の
直前に至る期間に終わる時間帯がリセット状態とされ、
また、２番目の受光器においては、２＋（ｉ−１）Ｎ番
目のパルスの到来の直後から３＋（ｉ−１）Ｎ番目のパ
ルスの到来の直前に至る期間に始まって１＋ｉＮ番目の
パルスの到来の直後から２＋ｉＮ番目のパルスの到来の
直前に至る期間に終わる時間帯がリセット状態とされて
いる。

【００２１】次に、この電気光学サンプル・ホールド装
置２１の動作原理について図１（Ｂ）を基に説明する。
受光器２４，２５は入射光強度を電気信号に変換し、リ
セットパルスがスイッチを開いている状態（リセット状
態でない状態)に光パルスが到来すると、その光パルス
強度が容量によって積分される。しかしスイッチを閉じ
リセット状態にある時に光パルスが到来すると、容量が
スイッチによって短絡されているため、その電気信号は
積分されず出力はリセットレベルにあるまま変化しな
い。

【００２２】受光器２４では、一番目の光パルスの到来
の時にスイッチが開かれていてその値を積分し一定期間
保持した後、二番目の光パルスの到来の直前にスイッチ
を閉じリセット状態とし、二番目の光パルスの到来の直
後までリセット状態を続ければ二番目の光パルスは受光
器２４の出力に影響を与えない。その後三番目の光パル
スの到来の直前までにスイッチが開かれていればその値
を積分し一定期間保持することができる。この動作を四
番目の光パルス、五番目の光パルスと続けて行けば奇数
番目の光パルスのみ間引き出してそれらを一定期間保持
した出力波形を得ることができる。

【００２３】同様に受光器２５では、受光器２４の場合
の奇数番目と偶数番目の光パルスを入れ替えた動作を行
うことによって偶数番目の光パルスのみ間引き出してそ
れらを一定期間保持した出力波形を得ることができる。
このようにしてサンプル値が交互に間引かれた２つのサ
ンプル・ホールド出力を得ることができる。以上が電気
光学サンプル・ホールド装置２１の動作原理である。

【００２４】上記の動作原理をＮ個の受光器の場合に当
てはめれば、光変調器２３の出力光をＮ本の光線に分割
し、これらＮ本の光線を各々Ｎ個の受光器２４，２５，
…に入射し、１／Ｎに間引かれたＮ個の出力を得ること
ができる。

【００２５】この電気光学サンプル・ホールド装置２１
では、出力の数がＮ個に間引き分割されるが、各々の出
力の一つのサンプル値を一定に保持しているホールド時
間は全体のサンプリング周期の一周期を超えることはで
きない。しかし、このことをＡ／Ｄ変換システム１１に
ついて考えてみると、このシステムの動作速度ネックが
記憶装置の低速動作にあって、Ａ／Ｄ変換装置のデータ
変換時間がサンプル・ホールド装置のホールド時間内に
あれば問題は生じない。

【００２６】以上説明した様に、この電気光学サンプル
・ホールド装置２１によれば、サンプル機能を担う部分
とホールド機能を担う部分が明確に分離され、入力波形
を広帯域、かつ高速にサンプリングし、それらをＮ個置
きに間引いたＮ個のサンプル・ホールド出力波形を得る
ことができ、アナログ信号を高速、広帯域にサンプリン
グし、かつ後段では低速で処理しなければならないシス
テムに組み込まれるサンプル・ホールド装置としてきわ
めて有用である。

【００２７】また、入力が一つであることから、アナロ
グ入力間のタイミングばらつきを調整する必要がなくな
り、タイミングばらつきの影響を抑えるためのサンプル
・ホールド装置が不要となり、したがって、Ａ／Ｄ変換
システムにおける経済化、小型化を促進させることがで
きる。

【００２８】（第２実施例）図２は請求項２記載の電気
光学サンプル・ホールド装置の一実施例である電気光学
サンプル・ホールド装置３１の概略構成図である。この
電気光学サンプル・ホールド装置３１は、第１実施例の
電気光学サンプル・ホールド装置２１の２個の受光器２
４，２５の出力側に、これらの受光器２４，２５の出力
電気信号を入力する２個の入力端子と１つの出力端子と
を有する２入力アナログ加算器３２を設けたものであ
る。

【００２９】この２入力アナログ加算器３２は、一つの
サンプル値を一定時間保持した後、いちいちリセットレ
ベルを経由することなく、速やかに次のサンプル値に移
行するような１つの出力を得るためのものである。

【００３０】次に、この電気光学サンプル・ホールド装
置３１の動作原理について説明する。受光器２４，２５
各々から出力された２つの出力波形は、２入力アナログ
加算器３２に入力し加算される。これら２つの出力波形
は、一方の出力がリセットレベルにある時に他方がサン
プル値を保持していることから、加算結果はいかなる時
間においても２つの出力のどちらかのサンプル値を与え
ることとなる。厳密には２つの出力波形を加え合わせる
と一方の出力のサンプル値から他方の出力のサンプル値
に移る瞬間に一瞬リセットレベルに戻るスパイク状の髭
がでるが、２入力アナログ加算器３２の周波数帯域を適
当に制限することにより、実際には一つのサンプル値を
一定時間保持した後、いちいちリセットレベルを経由す
ることなく、速やかに次のサンプル値に移行するような
一つの出力が得られる。

【００３１】例えば、電気光学サンプル・ホールド装置
１の場合は１ＧＨｚのサンプリング周波数に対して１Ｇ
Ｈｚのリセット信号が必要であるが、この電気光学サン
プル・ホールド装置３１では、受光器２４，２５一つ一
つのリセット信号の周期が全体のサンプリング周期の１
／２で済むことにより、２つの受光器２４，２５には５
００ＭＨｚの逆相リセット信号が加えられている。

【００３２】図３（Ａ）は実際のＡ／Ｄ変換システムに
適用した電気光学サンプル・ホールド装置４１の概略構
成図、同図（Ｂ）は計算機回路シミュレーションによる
差動出力波形を示す図である。この電気光学サンプル・
ホールド装置４１は、上記電気光学サンプル・ホールド
装置３１の２入力アナログ加算器３２の出力側にレベル
シフト回路４２と出力バッファアンプ４３を直列に設け
たものであり、光源２２と光変調器２３は省略してあ
る。

【００３３】ここでは、光変調器２３の出力光が２つの
光線に分割された後この回路に入射されるものとした。
ここに示した回路はＦＥＴを用いた集積回路として実現
することも可能で、受光器２４および受光器２５ではＦ
ＥＴをスイッチとして用いており、ＦＥＴのゲートにリ
セット信号を加えることによってドレイン、ソース間を
スイッチしている。２入力アナログ加算器３２は受光器
２４および受光器２５の出力信号を加え合わせ、その結
果を差動で出力する構成になっている。

【００３４】また、端子Ａの電位によって差動出力の直
流成分が調整され、また端子Ｂ、Ｃの電位によって受光
器２４と受光器２５の出力振幅間にアンバランスがあっ
た場合の調整ができる機能が付加されている。２入力ア
ナログ加算器３２の出力を直接低抗付加で取り出せるよ
うに便宜を図って後段にレベルシフト回路４２と出力バ
ファアンプ４３が付加されている。

【００３５】同図（Ｂ) の計算機回路シミュレーション
では、１ＧＨｚの周期の光パルス列が正弦波信号により
光変調器２３で強度変調され、その出力光が２分割され
て受光器２４および受光器２５に入射されるものとし
た。またリセット信号は、受光器２４に対して一つの光
パルスの到来の直前にスイッチを開き、次の光パルスの
到来の直前にスイッチを閉じ、さらにその次の光パルス
の到来の直前にスイッチを開くといった動作の繰り返し
を与えるものとし、受光器２５に対しては受光器２４と
全く逆相の動作を与えるものとした。２つのリセット信
号入力は５００ＭＨｚの周期、デューティーサイクル５
０％の方形波の差動入力である。

【００３６】この計算機回路シミュレーションによる出
力波形の結果により、上記電気光学サンプル・ホールド
装置４１においては、一つのサンプル値を一定時間保持
した後、いちいちリセットレベルを経由することなく、
速やかに次のサンプル値に移行するような一つの出力が
得られることが裏付けられた。

【００３７】以上説明した様に、この電気光学サンプル
・ホールド装置３１（４１）によれば、出力波形に含ま
れていた不要な高周波成分がなくなり、出力波形として
一つのサンプル値を一定時間保持した後、いちいちリセ
ットレベルを経由することなく、速やかに次のサンプル
値に移行する出力波形を得ることができる。したがっ
て、この装置の後段に接続される他の装置とのインター
フェースを容易にすることができる。更に、一つのサン
プル・ホールド出力の場合では、最大のサンプリング周
期にほぼ等しいホールド時間を得ることが可能になる。

【００３８】また、受光器２４，２５一つ一つのリセッ
ト信号の周期が全体のサンプリング周期の１／２で済
み、動作速度の向上に対して有効である。この効果はＮ
＝２の場合に特に顕著である。また、受光器２４，２５
サイズの小型化が可能で、遅延量のような余計な調整箇
所が不要である等の様々な効果を奏することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上、詳しく説明したように、本発明の
請求項１記載の電気光学サンプル・ホールド装置によれ
ば、一定の周期及び一定の強度を有する光パルス列を発
生する光源と、光入出力端子と電気入力端子を有し、前
記光源から出射される光線の強度をサンプル・ホールド
処理を加えようとする入力電気信号に従って変化させ出
射させる光変調器と、該光変調器から出射されＮ本に分
割された各々の光線に対応して設けられ、当該光線の光
強度を電気信号に変換し、その電気信号を積分する機能
と一定の周期でその積分量を零に戻すリセット機能を有
するＮ個（但し、Ｎ≧２）の受光器とを具備し、これら
のＮ個の受光器は、ｋ番目（但し、１≦ｋ≦Ｎ）の受光
器の前記光パルス列のｋ＋（ｉ−１）Ｎ番目のパルスの
到来の直後から（ｋ＋１）＋（ｉ−１）Ｎ番目のパルス
の到来の直前に至る期間に始まって（ｋ−１）＋ｉＮ番
目のパルスの到来の直後からｋ＋ｉＮ番目のパルスの到
来の直前に至る期間に終わる時間帯がリセット状態とな
る様に、前記Ｎ個の受光器それぞれのリセットのタイミ
ングを設定してなることとしたので、サンプル機能を担
う部分とホールド機能を担う部分が明確に分離され、入
力波形を広帯域、かつ高速にサンプリングし、それらを
Ｎ個置きに間引いたＮ個のサンプル・ホールド出力波形
を得ることができる。また、入力が一つであることか
ら、アナログ入力間のタイミングばらつきを調整する必
要がなくなり、タイミングばらつきの影響を抑えるため
のサンプル・ホールド装置が不要となる。

【００４０】また、請求項２記載の電気光学サンプル・
ホールド装置によれば、請求項１記載の電気光学サンプ
ル・ホールド装置において、前記Ｎ個の受光器の出力側
に、これらの受光器の出力電気信号を入力するＮ個の入
力端子と１つの出力端子とを具備するアナログ加算器を
設けてなることとしたので、出力波形に含まれていた不
要な高周波成分がなくなり、この出力波形の一つのサン
プル値を一定時間保持した後、いちいちリセットレベル
を経由することなく、速やかに次のサンプル値に移行す
るような波形を得ることが可能になる。したがって、従
来の様に遅延量のような余計な調整箇所が不要になり、
この装置の後段に接続される他の装置とのインターフェ
ースを容易にすることができる。また、受光器一つ一つ
のリセット信号の周期が全体のサンプリング周期の１／
Ｎで済み、動作速度を向上させることができる。

【００４１】以上のように、本発明の電気光学サンプル
・ホールド装置は計測機器を始めとするディジタル情報
処理機器分野のシステムの高速化、低コスト化、小型
化、設計の簡易化を実現させることができるという多大
な効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１記載の電気光学サンプル・ホ
ールド装置の一実施例の概略構成及び受光器の動作波形
を示す図である。

【図２】本発明の請求項２記載の電気光学サンプル・ホ
ールド装置の一実施例を示す概略構成図である。

【図３】本発明の請求項２記載の電気光学サンプル・ホ
ールド装置を実際のＡ／Ｄ変換システムに適用した概略
構成図及び計算機回路シミュレーションによる差動出力
波形を示す図である。

【図４】従来の電気光学サンプル・ホールド装置の概略
構成及び受光器の動作波形を示す図である。

【図５】従来の電気光学サンプル・ホールド装置の受光
器をホールド機能を担う別の受光器に置き換えた場合の
構成及びその動作を示す図である。

【図６】従来のインターリーブ形式を用いたＡ／Ｄ変換
システムの構成図である。

【符号の説明】

２１，３１，４１ 電気光学サンプル・ホールド装置 ２２ 光源 ２３ 光変調器 ２４，２５ 受光器 ３２ ２入力アナログ加算器 ４２ レベルシフト回路 ４３ 出力バッファアンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定の周期及び一定の強度を有する光パ
   ルス列を発生する光源と、 光入出力端子と電気入力端子を有し、前記光源から出射
   される光線の強度をサンプル・ホールド処理を加えよう
   とする入力電気信号に従って変化させ出射させる光変調
   器と、 該光変調器から出射されＮ本に分割された各々の光線に
   対応して設けられ、当該光線の光強度を電気信号に変換
   し、その電気信号を積分する機能と一定の周期でその積
   分量を零に戻すリセット機能を有するＮ個（但し、Ｎ≧
   ２）の受光器とを具備し、 これらのＮ個の受光器は、 ｋ番目（但し、１≦ｋ≦Ｎ）の受光器の前記光パルス列
   のｋ＋（ｉ−１）Ｎ番目のパルスの到来の直後から（ｋ
   ＋１）＋（ｉ−１）Ｎ番目のパルスの到来の直前に至る
   期間に始まって（ｋ−１）＋ｉＮ番目のパルスの到来の
   直後からｋ＋ｉＮ番目のパルスの到来の直前に至る期間
   に終わる時間帯がリセット状態となる様に、 前記Ｎ個の受光器それぞれのリセットのタイミングを設
   定してなることを特徴とする電気光学サンプル・ホール
   ド装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電気光学サンプル・ホー
   ルド装置において、 前記Ｎ個の受光器の出力側に、これらの受光器の出力電
   気信号を入力するＮ個の入力端子と１つの出力端子とを
   具備するアナログ加算器を設けてなることを特徴とする
   電気光学サンプル・ホールド装置。